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開關電源電路濾波電容器

發布時間:2013/8/12 19:41:50 訪問次數:1091

    AC/DC開關穩壓電源與工頻電源在許多方面有很大的不同,SC260B3濾波電容就是其中之一。
    (1)濾波頻率明顯升高。在工頻電源電路中,半波整流后的主要交流成分是50Hz,全波和橋式整流后的主要交流成分是100Hz,它們的高次諧波頻率也只是達到2 000Hz,它們的充放電時間是毫秒數量級,而開關電源中其上鋸齒波電壓的頻率高達數十千赫茲,甚至數十兆赫茲。
    由于開關電源的工作頻率顯著提高,所以開關電源電路中濾波電容器的容量不再是主要要求,容量較小時也能達到良好的濾波效果。這時,主要要求變成這種濾波電容器的高頻特性要好,所以需要使用高頻特性良好的電解電容器作為開關電源電路中的濾波電容。
    無論哪種形式的開關電源,它們均含有極其豐富酌高次諧波電壓與電流,開關電源的輸出紋波電壓過高,特別是峰一峰值電壓過高,如果這些諧波電壓產生的電流流過負載中,將影響負載電路的正常,所以要盡可能地抑制這些高次諧波電壓與電流,這主要由開關電源中的濾波電容器來完成。
    (2)濾波電容的工作原理。如圖4-30所示是濾波電容器工作原理示意圖,電路中厶是高頻交流紋波電流源,C為濾波電容器的純電容,RESR是濾波電容器的ESR(等效串聯電阻),比為流過電容器C支路的高頻紋波電流,RL是電源電路的負載電阻,丘是流過負載電阻的高頻紋波電流。
    從電路中可以看出,高頻交流紋波電流厶分成了兩路:一路流過濾波電容器支路,另一路流過負載。
    如果電容器支路的阻抗為零,則全部的高頻交流紋波電流厶都流過了電容器支路,這樣負載支路中就不存在高頻交流紋波電流,這是理想狀態,不可能實現,唯一可以減小負載支路高頻交流紋波電流的方法是減小電容支路的阻抗。
    當濾波電容器工作在高頻段時,電容C的容抗為零,這時電容器支路就只有電容器的等效串聯電阻RESR,如圖4-31所示。
    圖4-30濾波電容器工作原理示意圖    圖4-31高頻段等效電路

             
    從上式和高頻段等效電路中可以著出,為了減小流過負載的高頻交流紋波電流,一是增大負載電阻RL,二是減小電容器等效串聯電阻RESR。顯然,對于一個具體的電路而言,負載電阻是無法改變的,這由負載的性質所決定。另一個角度可以這樣講,就是當負載比較輕時,即負載電阻RESR比較大時,流過負載的高頻交流紋波電流比較小。
    為了減小流過負載的高頻交流紋波電流,唯一可以做的是減小電容器的等效串聯電阻RESR。而這個問題直接與濾波電容器的質量相關,就是選用RESR小的濾波電容器。普通的鋁電解電容器的RESR比較大,且在lOkHz左右時其阻抗便開始呈現感性,無法滿足開關電源的使用要求。所以出現了開關電源專用的電解電容器,它的特點是RESR比較小。

    AC/DC開關穩壓電源與工頻電源在許多方面有很大的不同,SC260B3濾波電容就是其中之一。
    (1)濾波頻率明顯升高。在工頻電源電路中,半波整流后的主要交流成分是50Hz,全波和橋式整流后的主要交流成分是100Hz,它們的高次諧波頻率也只是達到2 000Hz,它們的充放電時間是毫秒數量級,而開關電源中其上鋸齒波電壓的頻率高達數十千赫茲,甚至數十兆赫茲。
    由于開關電源的工作頻率顯著提高,所以開關電源電路中濾波電容器的容量不再是主要要求,容量較小時也能達到良好的濾波效果。這時,主要要求變成這種濾波電容器的高頻特性要好,所以需要使用高頻特性良好的電解電容器作為開關電源電路中的濾波電容。
    無論哪種形式的開關電源,它們均含有極其豐富酌高次諧波電壓與電流,開關電源的輸出紋波電壓過高,特別是峰一峰值電壓過高,如果這些諧波電壓產生的電流流過負載中,將影響負載電路的正常,所以要盡可能地抑制這些高次諧波電壓與電流,這主要由開關電源中的濾波電容器來完成。
    (2)濾波電容的工作原理。如圖4-30所示是濾波電容器工作原理示意圖,電路中厶是高頻交流紋波電流源,C為濾波電容器的純電容,RESR是濾波電容器的ESR(等效串聯電阻),比為流過電容器C支路的高頻紋波電流,RL是電源電路的負載電阻,丘是流過負載電阻的高頻紋波電流。
    從電路中可以看出,高頻交流紋波電流厶分成了兩路:一路流過濾波電容器支路,另一路流過負載。
    如果電容器支路的阻抗為零,則全部的高頻交流紋波電流厶都流過了電容器支路,這樣負載支路中就不存在高頻交流紋波電流,這是理想狀態,不可能實現,唯一可以減小負載支路高頻交流紋波電流的方法是減小電容支路的阻抗。
    當濾波電容器工作在高頻段時,電容C的容抗為零,這時電容器支路就只有電容器的等效串聯電阻RESR,如圖4-31所示。
    圖4-30濾波電容器工作原理示意圖    圖4-31高頻段等效電路

             
    從上式和高頻段等效電路中可以著出,為了減小流過負載的高頻交流紋波電流,一是增大負載電阻RL,二是減小電容器等效串聯電阻RESR。顯然,對于一個具體的電路而言,負載電阻是無法改變的,這由負載的性質所決定。另一個角度可以這樣講,就是當負載比較輕時,即負載電阻RESR比較大時,流過負載的高頻交流紋波電流比較小。
    為了減小流過負載的高頻交流紋波電流,唯一可以做的是減小電容器的等效串聯電阻RESR。而這個問題直接與濾波電容器的質量相關,就是選用RESR小的濾波電容器。普通的鋁電解電容器的RESR比較大,且在lOkHz左右時其阻抗便開始呈現感性,無法滿足開關電源的使用要求。所以出現了開關電源專用的電解電容器,它的特點是RESR比較小。

相關技術資料
8-12開關電源電路濾波電容器

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